塔影效應是指由於塔架的阻塞作用引起的塔架後面的風速降低的現象。它是風力發電機在發電的過程中出現的一種負面效果，是風流過塔架時會產生流場的變化，影響風矢量的方向和大小，主要是對於下風向風力機，由於一部分空氣通過塔架後再吹向風輪，這樣，塔架就干擾了流過葉片的氣流而形成所謂塔影效應，會導致風機出力的波動，使發電機的性能有所降低。
基本介紹
- 中文名：塔影效應
- 外文名：The tower shadow effect
- 學科：電力工程
- 領域：工程技術
- 範圍：能源
- 釋義：塔架的阻塞作用引起的塔架後面的風速降低
簡介,風切變與塔影效應的關係,塔影效應的模型,風力機塔影效應,
簡介
根據定義來看，似乎塔架只是對下風向風力機有影響。其實在上風向條件下，塔架-轉子的相互作用與掃略面和塔架之間的距離有密切關係。只有轉子在塔架上游的很遠處時，塔架-轉子的相互作用才可以忽略。而在下風向條件下，轉子在塔架的下游。每當轉子掃過塔架的時候，都會與塔架後面一個風速降低區域內的湍流產生相互作用，這個區域就被稱為塔架尾跡區或塔影區。因此，對下風向風力機而言，塔影效應問題更突出一些。
風輪旋轉時，槳葉在風輪掃掠面中的位置呈周期性變化，在經過塔架所在位置時，由於塔影效應的影響，會加劇葉片在風輪掃掠面上所受到的空氣動力載荷的周期性變化。而周期性氣動載荷會引起葉片動回響，回響又反饋於外部氣動載荷，使得本就複雜的風力機振動、疲勞等問題變得更加複雜且不容忽視。同時由於載荷的周期變化，對併網的風電機組來說，其輸出功率也存在一定的波動，輸出電能質量會受到一定影響。
風切變與塔影效應的關係
在大氣邊界層中，平均風速隨高度的增加而增加 ，其變化規律稱為風切變。由於風切變的存在，導致風輪在整個掃掠面上受到的載荷不均衡，並且隨著風力機風輪直徑的增加，風力機的俯仰彎矩和偏航彎矩都會增大。這將對風力機的使用壽命和運行安全產生影響。風切變可採用指數模型或對數模型描述。
塔影效應是風遇到塔架阻塞改變大小和方向的變化。塔影效應對葉片的影響可等效為葉片經過塔架時風速的降低。塔影效應對下風向風力機有顯著影響。在上風向條件下，只有葉片在塔架來流前方上游 的很遠處時，塔影效應才可忽略，實際中上風向風力機塔影效應依然存在，只是較下風向機組的影響稍弱 。
塔影效應的模型
塔影效應主要有3種不同模型，分別為上風向的勢流模型 、下風向的經驗塔架尾跡模型(經驗模型)和組合模型 。
1.勢流模型：對於運行在塔架上風向的風輪 ，可利用勢流模型來描述其特性。
2.經驗模型：對於運行在塔架下風向的風輪，提供了經驗式模型 ，且風尾跡遵循餘弦變化。
3 組合模型：組合模型定義為在塔架的前部和側邊套用勢流模型描述塔影效果 ；在下風向中的任一質點，取勢流模型和經驗模型計算中的最大偏差者 ；在中間個別交叉過渡區域內，為達到平穩過渡，若勢流模型是加速效應 ，經驗模型是減速效應 ，則取其乘積為修正因子 A。
風力機塔影效應
絕大多數的風力機都是水平軸風力機。而水平軸風力機根據葉片、塔架和來流方向的關係,又可以分為上風向風力機和下風向風力機。上風向風力機多採用主動偏航控制輸出功率以達到最大效率，而在下風向的情況下的風力機則可以考慮採用自由偏航來控制功率輸出，其中的好處不言而喻，可以省去大量的機械控制部件，減輕機艙的重量等。但是根據工程中的實踐和實驗研究表明，在下風向風力機的運行當中，塔架對於風力機葉片的運行情況的影響也相對於上風向而言要顯著得多，也就是所謂的塔影效應。在這種情況下，這就不得不去考慮塔架對於風力機整機性能的影響，因此也很有必要去研究塔影效應對於風力機整機性能的影響。
